引用

次世代ポリオレフィン総合研究 Vol.12, 2018

自動車の電動化に伴う樹脂製燃料タンクの動向
松本 律哉 a
自動車の燃料タンクは、軽量性や防錆性といった利点により、金属から樹脂への置き換えが進んでいる。しかしながら、自動車の排ガスなどが環境に与える悪影響により、化石燃料から電気へのエネルギーソースの代替が急速に進行し、内燃機関を使用しないすなわち燃料タンク非搭載自動車の開発・普及が進み始めている。自動車の電動化に伴う樹脂製燃料タンクの動向について説明する。

1. はじめに十分な配慮が必要になる。また、北米での規制では、タ

自 動 車 用 ポリエチレン製 燃 料 タンク（ 以 下ンクに 15 年, 15 万マイル保証が必要であり、耐久性にPFT： Plastic Fuel Tank） は、1960 年 代 末 より優れることが、近年欧米及び日本で急速に PFT の採用

欧 州 で採 用 が始 まり、欧 米 では既 に 90％ 以 上が進んだ１つの要因と考えられる。さらに最近では、エタがポリエチレン化 されている。日 本 ではその採ノール 100%でも、ガソリン 100%でも走行できる FFV (Flex用 が遅 れていたが、2000 年 以 降 に急 速 に 採 用Fuel Vehicle) も南米を中心に広がりつつある。化石燃が進 み（ 図 1） 、既 に PFT の比 率 は約 60％ に料の代替となるバイオ燃料（バイオエタノール, バイオ

達 し て い る 。 今 後 も さ らに 拡 大 が 進 む 見 込 み でディーゼル）の採用は拡大すると考えられ、今後も錆びある。

ないというメリットを持つ PFT の採用拡大傾向は続くと考えられる。
【 形 状 の自 由 性 】 ： ブロー成 形 により生 産 される
PFT は、 板 金 プ レ ス 成 形 に よる 金 属 タン ク と 比 較し、形 状 の自 由 度 が大 きく車 の空 間 を有 効 に利用 することが可 能 となる。
【 軽 量 性 】 ： 燃 費 規 制 ・ CO2 排 出 規 制 へ の 対
応 の 為 、燃 費 向 上 が 重 要 な課 題 となっ ており、金属 タンクと比 較 し軽 量 化 が できる PFT のメリットが
注 目 さ れ て い る 。 形 状 に も よ る が 、 10 ～ 30 ％ の 軽量 化 が 実 現 されている。
【 工 程 合 理 性 】 ： PFT の生 産 ラインとして、燃 料
図 １ 日 本 の PFT 化 比 率

タンクの本 体 はブロー成 形 の 一 工 程 で成 形 できる 。
金 属 プレス成 形 , 貼 り合 わせ溶 接 , 塗 装 など複2. PFT のメリット
PFT に関 して、金 属 タンクと比 較 してのメリットを

数 の 工 程 が 必 要 な金 属 タ ンク生 産 ラ イ ンと比 較 して工 程 の 合 理 化 が可 能 である。

以 下 に 示 す。
【耐久性】：高密度ポリエチレンは、ガソリンやディーゼ

3. PFT の 機 能 性 向 上ルなどの燃料に対して高い耐久性を示す。ポリエチレン

燃料タンクを含む自動車の燃料系部品には、燃料製のタンクは金属タンクとは違い錆の心配がなく、内面・（炭化水素）蒸散規制が各国で課せられている。採用当

外面ともに、塗装・メッキ等の特別な処理無しに高い耐初、PFT はポリエチレン単層で構成されていたが、燃料久性を持つことができる。近年、バイオ燃料としてエタノ蒸散規制へ適合する為に、バリア樹脂との多層化が、ール含有燃料の採用が進み、その含有率も従来の 10材料と成形機の開発により進められてきた。北米での厳～25％から、85％という高エタノール含有燃料へも対応しい燃料透過規制への適合の為に、北米と日本では、が求められている。またバイオディーゼル燃料の使用も自動車用のポリエチレン燃料タンクの全てがバリア樹脂広がりつつある。エタノールやバイオディーゼルを使用層を設けた多層ブロー成形で生産されている。ガソリンする場合、金属タンクはタンク内面の錆の発生防止に透過防止の為のバリア層には EVOH（エチレンビニルアa 日本ポリエチレン株式会社，研究開発部

ルコール共重合体）樹脂、もしくはポリアミド 樹脂が使リが発 生 する為 、バリを粉 砕 して使 用 する再 生 材

用され、バリア層と高密度ポリエチレン層の間には接着層 が独 立 して設 けられている。再 生 材 にはバリア樹脂層が設けられている。日本では、ポリアミドをバリア層 である EVOH が含 まれており、EVOH と高 密 度層とした多層 PFT が世界に先駆けて採用された。一方、

ポリ エチレンは 本 来 混 じ り 合 わない 為 、そ の ままで

北米では、EVOH をバリア層とする多層タンクの採用がは再 生 層 材 料 中 の EVOH が分 散 不 良 となり物 性

進み、日本でも、EVOH をバリア層とする多層 PFT が主が 低 下 し やす い 。その 為 、 EVOH を細 かく 分 散 さ流となった。これは、EVOH 多層タンクの方がエタノールせる為 の特 殊 なスクリューが開 発 され、多 層 ブロ含有燃料に対して透過防止効果に優れているからであー成 形 機 に採 用 されている。接 着 樹 脂 は、再 生る１）。

層 中 で EVOH 分 散 の為 の相 溶 化 剤 として機 能 する。最 外 層 と最 内 層 は、高 密 度 ポリエチレンの層4. PFT の層構成と使用材料である。最 外 層 には、タンクの耐 侯 性 確 保 のためEVOH 多 層 PFT は、（ 図 2、表 １ ） に示 す４ 種

カーボンブラックが添 加 されている。

６ 層 の 層 構 成 と な っ て い る。4 種 類 の 内 訳 は 、 外層 と内 層 が①HDPE、バリア材 としての②EVOH 層

5. 自動車の電動化情勢と、その EVOH 層 の 両 側 に ③接 着 樹 脂 層 がポリ

近年、燃費規制や CO2 排出ガス規制といった環境規

エチレン層 との接 着 の為 設 けられる。さらに工 程制の強化に伴い、自動車の電動化が進んでいる。電動内 リ サイ ク ルを 行 うた めに ④再 生 層 を 設 けて おり 、車とは、図 3 から図６に示す 4 つのタイプにカテゴリー

4 種 類 の材 料 を 6 層 化 している。

分けができる。2)①④③②③①図 ２ EVOH 多 層 PFT 断 面 構 造
表 1 EVOH 多 層 PFT 層 構 成
図３ ハイブリッド車（HV）
特徴

ブロー成 形 の 場 合 、成 形 時 に金 型 の 上 下 に バ•

動力: エンジン+モーター•

エネルギー: ガソリン

図６ 燃料電池車（FCV）
図４ プラグインハイブリッド車（PHV）
特徴

特徴•動力: モーター•

動力: エンジン+モーター•

エネルギー: 水素•エネルギー: ガソリン+電気•

EV と比べて航続距離が長く、充填時間も短い•

家庭用電源で充電可能•

短距離であればガソリン不要•

電欠時はハイブリッドとして走行可能

が、インフラ不十分
HV と PHV に関しては動力がエンジンであることから、今後も燃料を搭載するために燃料タンクは必要不可欠な部品である。自動車の電動化が PFT 非搭載に及ぼす影響は、EV と FCV の普及率によるところが大きい。
その普及率の予測について以下に言及する。
6. 自動車の電動化予測
世界の自動車販売台数予測を図７に示す。世界のエネルギー安定供給と地球環境の問題への対応で、燃料及びパワートレインは多様化しており、今後もその傾向は当面継続することが予想される。今後 20～30 年程度の主流は、PFT を搭載する HV や PHV といった電動車となる見通しであり、2040 年時点で販売台数の 60％弱を占めるまで増加するものと考えられている。また、EV や FCV といった PFT 非搭載車が増えていくことも予測されているが、2040 年時点でその割合は 23%程度にとどまるものと推測されており、PFT 非搭載車の増加より、

図５ 電気自動車（EV）
特徴総自動車生産台数増加の方が大きく、PFT 搭載車は今後も増えていくものと考えられる。

•

動力: モーター•

エネルギー: 電気•

ガソリンを使用しないため CO2 排出ゼロ•

航続距離が短く、インフラ不十分•

充電に時間がかかる

Phillips 系触媒の開発、および材料設計と製造技術の最適化により、高剛性と耐久性と成形性を連立させたグレードの HB212R を開発した。表 2 に HB212R と標準PFT 材料である HB111R の物性を示す。また、分子量分布を図 8 に示す。
HB111R に対して、高分子量成分を増やすことによって耐久性と高衝撃性を確保し、低分子量成分を増やすこ
表２ HB212R と HB111R の物性表
項目単位MFRg/10min（21.6 ㎏）

図 7 世界の自動車販売台数予測 3)

PFT の今後の方向性としては、以下の３点が考えられる。

2g/cm3 JIS K7112

引張降伏応力

MPa

引張破壊%
MPa

曲げ弾性率
シャルピー

①重量の低減衝撃強度②透過燃料蒸気の低減

耐環境応力③放出燃料蒸気の低減

JIS K6922-

密度呼びひずみ

7. 今後の PFT 向け材料の方向性試験法

kJ/m2

き裂（定歪み）h

JIS K69222
JIS K69222
JIS K69222
JIS K69222
JIS K69222

HB212R HB111R
560.9480.945

2524＞400＞400

1100

900

破壊せず 破壊せず＞500＞500

PFT として、①を達成するために、タンク本体材の薄肉軽量化が求められ、そのため高剛性ポリエチレン材料の使用が進んでいる。②を達成するために、タンク溶着部品の低燃料透過性が求められ、溶着部品向けに

赤 : HB212R低透過材料の採用が進んでいる。また、③を達成する

黒 : HB111R

ために、タンクから燃料蒸気を外部に放出しないように
高 分 子 量 成 分 UP

密閉化し、密閉化に伴うタンク内部圧力の上昇に耐えうるタンク構造の開発が進んでいる。各々の状況につい

低 分 子 量 成 分 UPて以下に説明する。

⇒流 動 性 改 良⇒疲 労 耐 久 性 向 上
衝撃性向上

7-1. 高剛性ポリエチレン材料の開発（①について）
高剛性ポリエチレンをタンク本体材料として使用することで、PFT の薄肉軽量化が可能となり、燃費向上および走行距離当たりの排出ガス抑制を図ることが可能となる。

図 8 HB212R の分子量分布

ノバテック TM HB212R は、この顧客ニーズに応えるべく開発されたグレードであり、国内では 2015 年発売の 4とによって流動性を改良するなど、分子量分布の最適代目トヨタプリウスから採用が始まり搭載車種が増えて化を行った。成形性に関しては HB111R と同等レベルをいる。薄肉軽量化に対するタンク本体材への要求は剛維持している。HB212R により、 タンク本体重量で 5～性の確保である。そのためには、材料の剛性(密度)を上6％の軽量化を実現できており、自動車の軽量化の流げることが必要となる。しかしながらポリエチレンは密度れから今後も採用が進んでいくものと考えられる。

を上げると耐久性が低下する傾向にあり、単に密度を上げれば良いというものではない。我々は、高性能な

7-2. 低燃料透過性材料の開発（②について）

7-3. タンク密閉化（③について）

溶着部品は、タンク本体と接合させるため本体材と同PFT は、内部に燃料蒸気が発生し、内圧が上昇してじポリエチレンである必要がある。しかしながら、ポリエ膨れようとする。膨れると発生蒸気は増大する。しかし、チレン単体では燃料透過性が悪く、ポリアミドなどのバリ一定以上の内圧になるとリリーフ弁が開き、燃料蒸気をア材との 2 種 2 層（2 色）化により低燃料透過性能を確放出、内圧を一定以下に制御し膨らみを抑えるシステ保する手法が採用されている。当然ながら、ポリアミドとムとなっている。放出燃料蒸気はキャニスタと呼ばれるの接着性能を有する接着性ポリエチレンを用いる必要装置に一時吸着させ大気解放を防いではいるが、許容がある。ただし、図９に示すように、構造上、部品のポリ量を超えると大気へ解放されるのが現状である。そこでエチレン部分からの燃料透過は防げない。そこで、当環境規制強化に対応するため、燃料蒸気を大気解放さ該部品に低燃料透過性材料を使用することで、燃料蒸せない密閉化したタンクの研究開発が進んでいる。

気の大気への放出抑制をす べく低燃料透過性材料ア考え方は、以下となる。

ドテックス

TM

DH1203 を開発した。DH1203 は、最適な配合設計技術により、低燃料透過性と高耐久性と接着性を両立させた接着性ポリエチレングレードである。

【タンクの密閉化】⇒【内圧上昇によりタンクが膨れる】⇒【膨れないタンク（発生蒸気減少）の開発】

表３に DH1203 の物性と燃料透過性能を示す。従来材⇒【内圧上昇に耐える】

料（FT61AR3）と比較して、燃料透過量を１/2 程度に抑⇒【リリーフ弁解放圧力値を上げること可能】

えることが可能であり、併せて高い耐久性を実現してい⇒【キャニスタへの燃料蒸気放出量減少】る。

⇒【許容量超えた蒸気の大気解放減少】⇒【燃料蒸散規制への対応可】との少々複雑な考え方であるが、内圧上昇に耐えうるタンクを密閉タンクと称している。研究開発の例として、タンク内蔵支柱の技術を紹介する（図１0）。

図１0 タンクに内蔵された支柱の写真 4)
図９ 2 色溶着部品断面
ブロー成形時にポリエチレンの支柱を内蔵させ、タン
表３ DH1203 物性表
項目MFR（2.16 ㎏）
密度FNCT(80℃、5MPa)

単位g/10min
3g/cmhJISK6922‐2JISK7112
JPE 法

DH1203 FT61AR3ある。燃料蒸気の圧力に対抗してタンクを膨らませないことで燃料蒸気の発生を抑制する。また、密閉化による0.40.5

内圧上昇に耐えうるように支柱を配置させる技術であるが、支柱は燃料に浸漬されるため、耐燃料性が必要と0.9400.933なる。HJ221 は溶着部品および内蔵部品向けとして開発した材料であり、燃料に長期浸漬しても材料強度（降＞200060

伏強度）が大きく変化せず耐燃料性（図１１）に優れている。参考までに基本物性を表４に示す。

燃 料 透 過係 数 g・mm/※

試験法

ク上面と下面を固定し、膨らまないタンクを造る技術で

m2・dayJPE 法9001,600※測定法 : ｶｯﾌﾟ法重量測定
測定ｻﾝﾌﾟﾙ : 2mm 板, 燃料 : ｶﾞｿﾘﾝ, 温度 :65℃

■溶着部品材：DH1203,■内蔵部品材：HJ221
日本ポリエチレン株式会社は、お客様・市場が求める材料開発を今後も続けてまいります。

参考文献およびデータ
1) 金澤 聡:自動車用プラスチック新材料の開発と展望，
シーエムシー出版 (2011)2)みずほ銀行調査部：Mizuho Industry Focus vol.205
図１１ HJ221 耐燃料性データ（６０℃）（2018）
3) IEA（ETP2017）

表４ HJ221 物性表

8. まとめ自動車の電動化が PFT に与える影響を以下にまとめる。
・PFT 非搭載電動車の台数は増加するが、2040 年時点でその割合は 23%程度に留まる見通しである。
・HV、PHV といった PFT を搭載する電動車の割合は、今後しばらく増加し 2040 年時点で 60%弱に達する見通しである。
・PFT 非搭載車の増加より、自動車生産台数増加の方が大きく、PFT 搭載車は今後も増加する見通しである。
よって、PFT が自動車市場から無くなることは、今後 20～30 年に渡って無いものと考えられる。
PFT の方向性に対する材料メーカーの役割は、「燃料系向け材料をいかに環境問題に対応させるか・・」である。我々は当該材料として以下の 3 グレードをラインナップしている。
■タンク本体材：HB212R,4) KAUTEX TEXTRON(TankTech2017)